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1、
2.2 涅槃鳳凰再飛翔
學(xué)習(xí)目標(biāo)
重點(diǎn)難點(diǎn)
1.知道光電效應(yīng)現(xiàn)象,記住光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律。
2.會用光子說解釋光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)規(guī)律,能用光電效應(yīng)方程解決一些簡單的計算問題。
3.知道康普頓效應(yīng)及其意義。
重點(diǎn):光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律和光電效應(yīng)方程。
難點(diǎn):用光子說解釋光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)規(guī)律。
一、光電效應(yīng)
1.光電效應(yīng)現(xiàn)象:在光的照射下物體發(fā)射電子的現(xiàn)象,發(fā)射出來的電子叫光電子。
2.光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律
(1)入射光越強(qiáng),飽和光電流越大,即入射光的強(qiáng)度越大,單位時間內(nèi)產(chǎn)生逸出的光電子數(shù)目越多。
(2)當(dāng)入射光的頻率低于某頻率時,不論光多強(qiáng),照射時間多長,光電效應(yīng)都不能
2、發(fā)生。這個引起光電效應(yīng)的最低頻率叫做截止頻率或極限頻率。不同金屬的截止頻率不同。
(3)在入射光的頻率大于金屬的極限頻率情況下,光電子的能量與入射光的強(qiáng)度無關(guān),而隨入射光頻率的增加而增加。
(4)在入射光的頻率大于金屬的極限頻率情況下,光射到金屬上幾乎立即產(chǎn)生光電效應(yīng),時間不超過10-9 s。
預(yù)習(xí)交流1
做光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)時,為什么要事先給鋅板帶上負(fù)電?
答案:事先給鋅板帶上負(fù)電,驗(yàn)電器錫箔張開一定角
度,當(dāng)鋅板發(fā)生光電效應(yīng)時,鋅板因失去電子帶上正電,使驗(yàn)電器錫箔張開的夾角變小,這樣便于觀察光電效應(yīng)現(xiàn)象。
二、愛因斯坦光子說
愛因斯坦提出光在空間傳播時不是連續(xù)的,而是一份一份的,
3、一份叫做一個光量子,簡稱光子。光子的能量E=hν。
預(yù)習(xí)交流2
描述波的物理量及波動特有的現(xiàn)象是什么?粒子具有哪些特性?
答案:描述波的物理量有波長、頻率和波速,波動特有的現(xiàn)象是干涉和衍射。粒子具有質(zhì)量、能量和動量,還具有與其他物質(zhì)碰撞、入射、貫穿、結(jié)合等作用。
三、光子說的又一明證——康普頓效應(yīng)
1.康普頓效應(yīng):在散射線中,除了有與入射線波長相同的射線外,還有波長比入射線波長更長的射線,人們把這種波長變化的現(xiàn)象叫康普頓效應(yīng)。
2.光子的動量:愛因斯坦指出,光子不僅具有能量,還和實(shí)物粒子一樣具有動量,其大小為p==,其方向?yàn)楣獾膫鞑シ较颉?
預(yù)習(xí)交流3
太陽光從窗口射入室內(nèi)時,我
4、們從側(cè)面可以看到這束光,白天天空都是亮的。宇航員在太空中時,盡管太陽光耀眼刺目,但其他方向的天空卻是黑的,為什么?
答案:地球表面存在大氣,太陽光經(jīng)大氣微粒的散射后傳向各個方向,所以白天天空都是亮的。但在太空的真空環(huán)境下,太陽光不再散射,只能沿直線向前傳播。
一、正確理解光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律
在光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律中,有人認(rèn)為光電子的最大初動能與入射光的頻率成正比,光電子的數(shù)目與入射光的強(qiáng)度成正比,請你分析這種說法的對錯。
答案:根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程mv=hν-W,對某一確定的金屬來說,逸出功是定值,光電子的最大初動能與入射光的頻率成一次函數(shù)關(guān)系,但不是正比關(guān)系。大于極
5、限頻率且入射光的頻率一定的情況下,入射光子的數(shù)目由入射光的強(qiáng)度決定,光越強(qiáng),入射到金屬表面的光子數(shù)目就越多,金屬表面的電子獲得光子的機(jī)會就越大,故光電子的數(shù)目與入射光的強(qiáng)度成正比。
一束綠光照射某金屬發(fā)生了光電效應(yīng),則下列選項中正確的是( ?。?。
A.若增加綠光的照射強(qiáng)度,則單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù)目不變
B.若增加綠光的照射強(qiáng)度,則逸出的光電子將具有更大的動能
C.若改用紫光照射,則逸出的光電子將具有更大的最大初動能
D.若改用紫光照射,則單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù)目增加
點(diǎn)撥:解此類題的關(guān)鍵是要注意,在光電效應(yīng)中,入射光的頻率和強(qiáng)度從不同的方面影響光電效應(yīng),要區(qū)分這兩個方面的
6、影響。
答案:C
解析:在光電效應(yīng)中,入射光的頻率決定能否發(fā)生光電效應(yīng),在能產(chǎn)生光電效應(yīng)時,入射光的強(qiáng)度影響單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù)目,入射光的頻率影響逸出光電子的最大初動能的大小。選項C正確。
1.光電效應(yīng)的實(shí)質(zhì)是光現(xiàn)象轉(zhuǎn)化為電現(xiàn)象。
2.金屬逸出功的大小由金屬本身決定,與其他因素?zé)o關(guān)。
3.發(fā)生光電效應(yīng)時,飽和光電流與入射光的強(qiáng)度有關(guān),入射光的強(qiáng)度大,飽和光電流大。
二、光電效應(yīng)方程的應(yīng)用
同一頻率的光照射不同金屬發(fā)生光電效應(yīng)時,光電子的最大初動能是否相同?
答案:根據(jù)光電效應(yīng)方程,hν=W+Ekm知,不同金屬的逸出功不同,故發(fā)射光電子的最大初動能不同。
(201
7、1新課標(biāo)全國卷)在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中,某金屬的極限頻率相應(yīng)的波長為λ0,該金屬的逸出功為________。若用波長為λ(λ<λ0)的單色光做實(shí)驗(yàn),則其截止電壓為________。(已知電子的電荷量、真空中的光速和普朗克常量分別為e、c和h)
答案:?。ǎ?
利用光電效應(yīng)方程解題的技巧:
(1)光電效應(yīng)規(guī)律中“光電流的強(qiáng)度”指的是光電流的飽和值(對應(yīng)從陰極發(fā)射出的電子全部被拉向陽極的狀態(tài))。因?yàn)楣怆娏魑催_(dá)到飽和值之前,其大小不僅與入射光的強(qiáng)度有關(guān),還與光電管兩極間的電壓有關(guān),只有在光電流達(dá)到飽和值以后才和入射光的強(qiáng)度成正比。
(2)明確兩個決定關(guān)系
①逸出功W0一定時,入射光的頻率決定著能
8、否產(chǎn)生光電效應(yīng)以及光電子的最大初動能。
②入射光的頻率一定時,入射光的強(qiáng)度決定著單位時間內(nèi)發(fā)射出來的光電子數(shù)。
三、對康普頓效應(yīng)的理解
在康普頓效應(yīng)中,有些光子與電子碰撞后的波長變長,你能否從動量的觀點(diǎn)和能量的觀點(diǎn)分別對其作出解釋?
答案:在康普頓效應(yīng)中,當(dāng)入射的光子與晶體中的電子碰撞時,要把一部分動量轉(zhuǎn)移給電子,因而光子動量變小。從p=看,動量p減小意味著波長λ變大,因此有些光子散射后波長變長。同時入射光子與電子相撞時,將本身的一部分能量傳遞給電子,故能量減小,根據(jù)E=hν可得ν減小,再由c=λν,得λ=,由于ν減小,故λ變大,故光子的波長變長。
(2011西安高二檢測)康
9、普頓效應(yīng)證實(shí)了光子不僅具有能量,也具有動量。入射光子和電子的作用可以看成彈性碰撞,則當(dāng)光子與電子碰撞時,光子的一些能量轉(zhuǎn)移給了電子,如圖給出了光子與靜止電子碰撞后,電子的運(yùn)動方向,則碰撞過程中動量________(選填“守恒”或“不守恒”),能量________(選填“守恒”或“不守恒”),碰后光子可能沿________(選填“1”“2”或“3”)方向運(yùn)動,并且波長________(選填“不變”“變小”或“變長”)。
答案:守恒 守恒 1 變長
解析:光子與電子碰撞過程滿足動量守恒和能量守恒,所以碰撞之后光子和電子的總動量的方向與光子碰前的方向一致,由矢量合成知識可知碰后光子的方向可能
10、沿1方向,不可能沿2或3方向;通過碰撞,光子將一部分能量轉(zhuǎn)移給電子,能量減少,由E=hν知,頻率變小,再根據(jù)c=λν知,波長變長。
1.康普頓效應(yīng)進(jìn)一步揭示了光的粒子性,再次證明了愛因斯坦光子說的正確性。
2.光電效應(yīng)與康普頓效應(yīng)不同,光電效應(yīng)是電子吸收光子而出現(xiàn)的現(xiàn)象;康普頓效應(yīng)是光子與電子碰撞沒有被電子吸收出現(xiàn)的現(xiàn)象。
1.下列關(guān)于光電效應(yīng)的說法正確的是( ?。?。
A.若某材料的逸出功是W,則它的極限頻率ν0=
B.光電子的初速度和照射光的頻率成正比
C.光電子的最大初動能和照射光的頻率成正比
D.光電子的最大初動能隨照射光頻率的增大而增大
答案:AD
解析:由光電效
11、應(yīng)方程Ekm=hν-W知,B、C錯誤,D正確;若Ekm=0,得極限頻率ν0=,故A正確。
2.光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)的裝置如圖所示,開始鋅板不帶電,則下列說法中正確的是( )。
A.用紫外線照射鋅板,驗(yàn)電器指針會發(fā)生偏轉(zhuǎn)
B.用紅色光照射鋅板,驗(yàn)電器指針會發(fā)生偏轉(zhuǎn)
C.鋅板帶的是負(fù)電荷
D.使驗(yàn)電器指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)的是正電荷
答案:AD
解析:紫外線頻率大于鋅板的極限頻率,故鋅板會發(fā)生光電效應(yīng),向外放出光電子,從而帶上正電荷,所以A、D正確。
3.某單色光照射某金屬時不能產(chǎn)生光電效應(yīng),則下述措施中可能使該金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)的是( ?。?。
A.延長光照時間 B.增強(qiáng)光的強(qiáng)度
12、C.換用波長較長的光照射 D.換用頻率較高的光照射
答案:D
解析:某單色光照射某種金屬時不能產(chǎn)生光電效應(yīng),說明這種光的頻率低于該金屬的極限頻率,要使該金屬產(chǎn)生光電效應(yīng),應(yīng)換用頻率高的或波長較短的光照射,故D正確,C錯誤。發(fā)生不發(fā)生光電效應(yīng)與光照時間和光的強(qiáng)度無關(guān),A、B均錯誤。
4.美國物理學(xué)家康普頓由于在X射線散射方面的研究而榮獲了1927年的諾貝爾物理學(xué)獎。假設(shè)一個運(yùn)動的光子和一個靜止的自由電子碰撞以后,電子向某一個方向運(yùn)動,光子沿另一方向散射出去,則這個散射光子跟原來的光子相比( ?。?。
A.頻率變大 B.速度變小
C.光子能量變大
13、 D.波長變長
答案:D
解析:光子與自由電子碰撞時,遵守動量守恒和能量守恒,自由電子碰撞前靜止,碰撞后動量、能量增加,所以光子的動量、能量減小,由λ=,E=hν可知光子頻率變小,波長變長,故D正確。由于光子速度是不變的,故B錯誤。
5.(2011福州高二檢測)在康普頓效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中,X射線光子的動量為。一個靜止的C原子吸收了一個X射線光子后將( ?。?。
A.仍然靜止
B.沿著光子原來運(yùn)動的方向運(yùn)動
C.沿光子運(yùn)動的相反方向運(yùn)動
D.可能向任何方向運(yùn)動
答案:B
解析:由動量守恒定律知,吸收了X射線光子的原子與光子原來運(yùn)動方向相同。故正確選項為B。
6EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F375